CN108358560B - 一种透水路面砖 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种透水路面砖，具体涉及一种强度高、透水性能优异的透水路面砖，属于建筑材料技术领域。本发明透水路面砖包括面层和混凝土层，所述面层由如下重量份数的组分制成：细砂：85‑125份，水：25‑60份，彩色水泥：85‑125份；所述混凝土层由如下重量份数的组分制成：水泥：5‑20份，粉煤灰：5‑50份，细集料：5‑30份，粗集料：20‑90份，石灰及外加剂：1‑10份，共价有机骨架：1‑10份。本发明透水路面砖通过配伍合理的材料并通过特定的制备方法，能够使制得的透水路面砖强度高、透水性能优异。

Description

一种透水路面砖
发明领域
本发明涉及一种透水路面砖，具体涉及一种强度高、透水性能优异的透水路面砖，属于建筑材料技术领域。
背景技术
目前烧结透水路面砖材料主要为粘土类和相关辅料，随着国家政策大力提倡绿色环保建材的推广，绿色环保的各类烧结砖开始进入市场，以无机矿物页岩和废弃物煤矸石为主料的烧结景观砖逐渐被市场所接受，行业中主要由页岩和煤矸石的比例决定烧结温度范围、强度、抗风化等性能，由少量辅料调整各类烧结砖的颜色。在烧结砖中煤矸石的添加还可节省热能降低成本，既具有社会意义，又为企业带来经济利益。但一般烧结透水路面砖产品结构单一，市场有多样化的需求趋势。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种强度高、透水性能优异的透水路面砖。
本发明的目的通过如下技术方案来实现，一种强度高、透水性能优异的透水路面砖，所述透水路面砖包括面层和混凝土层，所述面层由如下重量份数的组分制成：细砂：85-125份，水：25-60份，彩色水泥：85-125份；所述混凝土层由如下重量份数的组分制成：水泥：5-20份，粉煤灰：5-50份，细集料：5-30份，粗集料：20-90份，石灰及外加剂：1-10份，共价有机骨架：1-10份。
作为优选，所述面层由如下重量份数的组分制成：细砂：100-125份，水：25-50份，彩色水泥：100-125份；所述混凝土层由如下重量份数的组分制成：水泥：8-15份，粉煤灰：10-35份，细集料：10-25份，粗集料：30-84份，石灰及外加剂：3-8份，共价有机骨架：3-8份。
本发明通过采用面层和混凝土层制得的透水路面砖，并在混凝土层中加入外加剂、共价有机骨架，能够使制得的透水路面砖具有一定强度的同时具有优异的透水性能。
在上述一种透水路面砖中，所述彩色水泥由化工颜料和白水泥制成，且重量份数比为1:10-20。
在上述一种透水路面砖中，所述化工颜料为氧化铁红、氧化铬绿、氧化铁黄、氧化铁黑中的一种或多种组成。
在上述一种透水路面砖中，所述粉煤灰为经过La及TiO2活化的粉煤灰，La以物理包覆的形式存在于粉煤灰表面，由于La与Ti原子半径类似，因此其会取代Ti的位置，造成TiO2的晶体畸形，形成晶格缺陷，引入新的能级，从而促进粉煤灰的二次水化作用，混凝土的密实度提高，界面结构得到改善，同时由于二次反应使得易受腐蚀的氢氧化钙数量降低，因此掺加粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐腐蚀性和抗镁盐腐蚀性等.同时由于粉煤灰比表面积巨大，吸附能力强，因而粉煤灰颗粒可以吸咐水泥中的碱，并与碱发生反应而消耗其数量，游离碱数量的减少可以抑制或减少碱集料反应。
作为优选，所述粉煤灰的活化具体包括如下步骤：将纳米氧化镧加入到去离子水中，再加入钛酸四丁酯和粉煤灰的混合液，搅拌后烘干并煅烧得。作为优选，所述混合液中钛酸四丁酯和粉煤灰的质量比为(2-3)：1；作为优选，所述烘干温度为70-80℃，煅烧温度为600-650℃，煅烧时间为3-4h。
在上述一种透水路面砖中，所述粗、细集料比为(7-8):3。当全部采用粗集料时，透水效果最好，但强度不符要求，这是粗\细集料组成为时，水泥浆体对集料的包裹最好，而全部用粗集料时则水泥浆体包裹量不足。
在上述一种透水路面砖中，所述细集料为粒径为1.0-1.5mm的中砂，所述粗集料为碎石和石粉的混合物，所述粗集料的平均粒径为5-10mm。由于集料尺寸大小与其堆密度或孔隙率有着密切关系，一般集料粒径越大，其堆积密度越小，空隙率越大，集料颗粒之间的咬合摩擦力及其与水泥浆体的粘结点也随之下降，透水路面砖的的强度逐步降低，透水率明显增加，
在上述一种透水路面砖中，所述水灰比为0.3-0.4。水灰比是指混凝土中水的用量与水泥用量的重量比值，水灰比是影响混凝土强度的一个重要因素，它的大小同时决定浆体的流动性，决定着浆体是否能均匀包裹集料不流淌，从而影响着强度和透水能力。为当水灰比增大时，水泥浆流动性增加，填充包裹集料均匀，集料表面的浆体丰富，有利于集料之间的粘结，因此强度提高。同时过大的流动性使浆体流淌淤积在试件的底部，减少了有效连通孔隙，破坏了混凝土的透水能力。
在上述一种透水路面砖中，所述外加剂为纳米硅树脂；由于水分在混凝土的毛细孔中迁移，水分携带着水泥固化中产生的氢氧化钙到达表面，氢氧化钙在表面与空气中的二氧化碳发生碳化反应，形成不溶性的白色钙盐斑痕，对于透水路面砖是有害的存在。而聚硅氧烷的纳米级分子衬嵌在混凝土毛细孔壁上，通过稳固的硅氧烷链将混凝土的亲水性转变为疏水性，能够防止“泛碱”现象的发生。
在上述一种透水路面砖中，所述共价有机骨架为亚胺类共价有机骨架，所述亚胺类共价有机骨架的比表面积为1000-1500m2.g-1。本发明通过在透水路面砖混凝土层中加入共价有机骨架，其中共价有机骨架具有极低的骨架密度，质地更轻，且大孔隙能够带来较高的比表面积，种类繁多的筑基单元选择使其具有灵活可调的孔结构，由于共价有机骨架具有优异的酸碱及热稳定性，本发明采用亚胺类共价有机骨架，能够使其作为催化剂，促进外加剂纳米硅树脂衬嵌在毛细孔壁上，从而使其生成更疏水的链条。
本发明的另一个目的在于提供一种上述透水路面砖的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
面层制备：称取如上所述的水、彩色水泥和细砂混合搅拌30-40s得面层混合料；
混凝土层制备：称取如上所述的水泥、细集料和粗集料混合搅拌30-40s，再加入粉煤灰、石灰及外加剂及共价有机骨架得混凝土层混合料；
装模成型：将面层混合料和混凝土层混合料装模后压制成型得透水路面砖半成品；
养护脱模：将透水路面砖半成品采用蒸汽养护后脱模得透水路面砖成品。
本发明不同于常见透水路面砖采用的振动成型工艺，采用压制成型的方法制备而成，能够使制得的透水路面砖尽可能的密实，以增强强度和提高耐久性，并且本发明为透水透水路面砖，不仅要保证强度还要保证一定的孔隙率，因此对压制参数和压模具有一定的限制。
在上述一种透水路面砖的制备方法中，所述压制成型过程的恒压时间为90-100s。恒压时间的长短对透水性混凝土的初期强度有很大影响，在压制过程中，混合料内部的空气受到压缩，在与压头接触的混合料层内，由于压力较大，空气向远离面层的地方移动，这些地方内的空气压力相当大，当成型压力很快撤销时，被压缩的空气因为不能及时排除产生膨胀，破坏了颗粒间浆体粘结力和颗粒的机械啮合力，这时刚成型的透水性混凝土砖体容易出现表面裂痕和掉角的现象，因此合适的恒压时间对砖体的外观十分重要。
在上述一种透水路面砖的制备方法中，所述成型压力为3-4MPa。成型压力小时，试件内的胶结点承受的应力小，缺赂点产生的少，而且压力小，形成的多孔堆聚结构松散，孔隙的孔径较大，造成了胶结点的数量减少，从而使强度降低。成型压力过大，内部缺陷增多，导致得到的透水路面砖强度降低。
在上述一种透水路面砖的制备方法中，所述蒸汽养护的时间为8-9h。恒温阶段是混凝土发生水化和水熟合成使强度增长的主要阶段，随着恒温时间的延长，水化产物越来越多，强度增长的也越来越快，但达到一定时间后强度增长趋于稳定，因此对于试件的蒸汽养护有个最佳的恒温时间。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明通过采用面层和混凝土层制得的透水路面砖，并在混凝土层中加入外加剂、共价有机骨架，能够使制得的透水路面砖具有一定强度的同时具有优异的透水性能；
2、本发明在水泥中加入亚胺类共价有机骨架，能够使其作为催化剂，促进外加剂纳米硅树脂衬嵌在毛细孔壁上，从而使其生成更疏水的链条；
3、本发明透水路面砖通过配伍合理的材料并通过特定的制备方法，能够使制得的透水路面砖强度高、透水性能优异。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
表1：实施例1-5中透水路面砖的组成及份数
Figure BDA0001638580160000061
Figure BDA0001638580160000071
实施例1
称取表1实施例1中的彩色水泥和细砂混合搅拌30s得面层混合料；其中，所述彩色水泥由化工颜料和白水泥制成，且重量份数比为1:10。所述化工颜料为氧化铁红；
混凝土层制备：称取表1实施例1中的的水泥、细集料和粗集料混合搅拌30s，再加入粉煤灰、石灰及外加剂及共价有机骨架得混凝土层混合料；其中，所述粉煤灰为经过La及TiO2活化的粉煤灰，所述粉煤灰的活化具体包括如下步骤：将纳米氧化镧加入到去离子水中，再加入钛酸四丁酯和粉煤灰的混合液，搅拌后烘干并煅烧得；所述混合液中钛酸四丁酯和粉煤灰的质量比为2：1；所述烘干温度为70℃，煅烧温度为600℃，煅烧时间为3h。所述细集料为粒径为1.0mm的中砂，所述粗集料的平均粒径为mm。所述外加剂为纳米硅树脂，所述共价有机骨架为亚胺类共价有机骨架，所述亚胺类共价有机骨架的比表面积为1000m2.g-1。
装模成型：将面层混合料和混凝土层混合料装模后压制成型得透水路面砖半成品；所述压制成型过程的恒压时间为90s，所述成型压力为3MPa；
养护脱模：将透水路面砖半成品采用蒸汽养护后脱模得透水路面砖成品，所述蒸汽养护的时间为8h。
实施例2
称取表1实施例2中的彩色水泥和细砂混合搅拌32s得面层混合料；其中，所述彩色水泥由化工颜料和白水泥制成，且重量份数比为1:12。所述化工颜料为氧化铁黄、氧化铁黑；
混凝土层制备：称取表1实施例2中的的水泥、细集料和粗集料混合搅拌32s，再加入粉煤灰、石灰及外加剂及共价有机骨架得混凝土层混合料；其中，所述粉煤灰为经过La及TiO2活化的粉煤灰，所述粉煤灰的活化具体包括如下步骤：将纳米氧化镧加入到去离子水中，再加入钛酸四丁酯和粉煤灰的混合液，搅拌后烘干并煅烧得；所述混合液中钛酸四丁酯和粉煤灰的质量比为2.2：1；所述烘干温度为72℃，煅烧温度为610℃，煅烧时间为3.2h。所述细集料为粒径为1.1mm的中砂，所述粗集料的平均粒径为6mm。所述外加剂为纳米硅树脂，所述共价有机骨架为亚胺类共价有机骨架，所述亚胺类共价有机骨架的比表面积为1100m2.g-1。
装模成型：将面层混合料和混凝土层混合料装模后压制成型得透水路面砖半成品；所述压制成型过程的恒压时间为92s，所述成型压力为3.2MPa；
养护脱模：将透水路面砖半成品采用蒸汽养护后脱模得透水路面砖成品，所述蒸汽养护的时间为8.2h。
实施例3
称取表1实施例3中的彩色水泥和细砂混合搅拌30-40s得面层混合料；其中，所述彩色水泥由化工颜料和白水泥制成，且重量份数比为1:15。所述化工颜料为氧化铁红、氧化铬绿；
混凝土层制备：称取表1实施例3中的的水泥、细集料和粗集料混合搅拌35s，再加入粉煤灰、石灰及外加剂及共价有机骨架得混凝土层混合料；其中，所述粉煤灰为经过La及TiO2活化的粉煤灰，所述粉煤灰的活化具体包括如下步骤：将纳米氧化镧加入到去离子水中，再加入钛酸四丁酯和粉煤灰的混合液，搅拌后烘干并煅烧得；所述混合液中钛酸四丁酯和粉煤灰的质量比为2.5：1；所述烘干温度为75℃，煅烧温度为625℃，煅烧时间为3.5h。所述细集料为粒径为1.3mm的中砂，所述粗集料的平均粒径为8mm。所述外加剂为纳米硅树脂，所述共价有机骨架为亚胺类共价有机骨架，所述亚胺类共价有机骨架的比表面积为1250m2.g-1。
装模成型：将面层混合料和混凝土层混合料装模后压制成型得透水路面砖半成品；所述压制成型过程的恒压时间为95s，所述成型压力为3.5MPa；
养护脱模：将透水路面砖半成品采用蒸汽养护后脱模得透水路面砖成品，所述蒸汽养护的时间为8.5h。
实施例4
称取表1实施例4中的彩色水泥和细砂混合搅拌38s得面层混合料；其中，所述彩色水泥由化工颜料和白水泥制成，且重量份数比为1:18。所述化工颜料为氧化铁红、氧化铬绿、氧化铁黄、氧化铁黑；
混凝土层制备：称取表1实施例4中的的水泥、细集料和粗集料混合搅拌38s，再加入粉煤灰、石灰及外加剂及共价有机骨架得混凝土层混合料；其中，所述粉煤灰为经过La及TiO2活化的粉煤灰，所述粉煤灰的活化具体包括如下步骤：将纳米氧化镧加入到去离子水中，再加入钛酸四丁酯和粉煤灰的混合液，搅拌后烘干并煅烧得；所述混合液中钛酸四丁酯和粉煤灰的质量比为2.8：1；所述烘干温度为78℃，煅烧温度为640℃，煅烧时间为3.8h。所述细集料为粒径为1.4mm的中砂，所述粗集料的平均粒径为8mm。所述外加剂为纳米硅树脂，所述共价有机骨架为亚胺类共价有机骨架，所述亚胺类共价有机骨架的比表面积为1400m2.g-1。
装模成型：将面层混合料和混凝土层混合料装模后压制成型得透水路面砖半成品；所述压制成型过程的恒压时间为98s，所述成型压力为3.8MPa；
养护脱模：将透水路面砖半成品采用蒸汽养护后脱模得透水路面砖成品，所述蒸汽养护的时间为8.8h。
实施例5
称取表1实施例5中的彩色水泥和细砂混合搅拌40s得面层混合料；其中，所述彩色水泥由化工颜料和白水泥制成，且重量份数比为1:20。所述化工颜料为氧化铁黑；
混凝土层制备：称取表1实施例5中的的水泥、细集料和粗集料混合搅拌40s，再加入粉煤灰、石灰及外加剂及共价有机骨架得混凝土层混合料；其中，所述粉煤灰为经过La及TiO2活化的粉煤灰，所述粉煤灰的活化具体包括如下步骤：将纳米氧化镧加入到去离子水中，再加入钛酸四丁酯和粉煤灰的混合液，搅拌后烘干并煅烧得；所述混合液中钛酸四丁酯和粉煤灰的质量比为3：1；所述烘干温度为80℃，煅烧温度为650℃，煅烧时间为4h。所述细集料为粒径为1.5mm的中砂，所述粗集料的平均粒径为10mm。所述外加剂为纳米硅树脂，所述共价有机骨架为亚胺类共价有机骨架，所述亚胺类共价有机骨架的比表面积为1500m2.g-1。
装模成型：将面层混合料和混凝土层混合料装模后压制成型得透水路面砖半成品；所述压制成型过程的恒压时间为100s，所述成型压力为4MPa；
养护脱模：将透水路面砖半成品采用蒸汽养护后脱模得透水路面砖成品，所述蒸汽养护的时间为9h。
实施例6
与实施例3的区别仅在于，该实施例透水路面砖中的粉煤灰没有经过La及TiO2活化，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例7
与实施例3的区别仅在于，该实施例透水路面砖中粗集料与细集料的质量比为3：1。
实施例8
与实施例3的区别仅在于，该实施例透水路面砖中粗集料与细集料的质量比为2：1。
实施例9
与实施例3的区别仅在于，该实施例透水路面砖中水灰比为0.2。
实施例10
与实施例3的区别仅在于，该实施例透水路面砖中水灰比为0.5。
实施例11
与实施例3的区别仅在于，该实施例透水路面砖中外加剂为普通市售外加剂，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例12
与实施例3的区别仅在于，该实施例透水路面砖采用普通制备方法制得，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例1
与实施例3的区别仅在于，该对比例透水路面砖为普通市售透水路面砖，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例3的区别仅在于，该对比例透水路面砖中不含有共价有机骨架，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
将实施例1-12及对比例1-2得到的透水路面砖成品进行性能检测，结果如表2所示：
表2：实施例1-12及对比例1-2透水路面砖性能检测结果
Figure BDA0001638580160000131
从上述结果可以看出，本发明通过采用面层和混凝土层制得的透水路面砖，并在混凝土层中加入外加剂、共价有机骨架，能够使制得的透水路面砖具有一定强度的同时具有优异的透水性能；本发明在水泥中加入亚胺类共价有机骨架，能够使其作为催化剂，促进外加剂纳米硅树脂衬嵌在毛细孔壁上，从而使其生成更疏水的链条；本发明透水透水路面砖通过配伍合理的材料并通过特定的制备方法，能够使制得的透水路面砖强度高、透水性能优异。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (2)

1.一种透水路面砖，其特征在于，所述透水路面砖包括面层和混凝土层，所述面层由如下重量份数的组分制成：细砂：115份，水：38份，彩色水泥：114份；所述混凝土层由如下重量份数的组分制成：水泥：11份，粉煤灰：22份，细集料：16份，粗集料：55份，石灰及外加剂：5份，共价有机骨架：6份；所述外加剂为纳米硅树脂，所述共价有机骨架为亚胺类共价有机骨架，所述亚胺类共价有机骨架的比表面积1250m2.g-1；所述粉煤灰为经过La及TiO2活化的粉煤灰，所述粉煤灰的活化具体包括如下步骤：将纳米氧化镧加入到去离子水中，再加入钛酸四丁酯和粉煤灰的混合液，搅拌后烘干并煅烧得，所述混合液中钛酸四丁酯和粉煤灰的质量比为2.5：1；所述烘干温度为75℃，煅烧温度为625℃，煅烧时间为3.5h；所述细集料为粒径为1.3mm的中砂；所述粗集料为碎石和石粉的混合物，且碎石和石粉的重量份数比为1：10，所述粗集料的平均粒径为8mm。
2.一种如权利要求1所述的透水路面砖的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
面层制备：称取面层的水、彩色水泥和细砂混合搅拌30-40s得面层混合料；其中，所述彩色水泥由化工颜料和白水泥制成，且重量份数比为1:15；所述化工颜料为氧化铁红、氧化铬绿；
混凝土层制备：称取混凝土层的水泥、细集料和粗集料混合搅拌35s，再加入粉煤灰、石灰及外加剂及共价有机骨架得混凝土层混合料；
装模成型：将面层混合料和混凝土层混合料装模后压制成型得透水路面砖半成品；所述压制成型过程的恒压时间为95s，所述成型压力为3.5MPa；
养护脱模：将透水路面砖半成品采用蒸汽养护后脱模得透水路面砖成品，所述蒸汽养护的时间为8.5h。
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